一类大功率可调光斑输出头的制作方法
【专利摘要】一类大功率可调光斑输出头，它包括：固定透镜、可调透镜、输出调节准直透镜、输入准直透镜、扩束光纤、毛细管、传输光纤、圆管、第一桥接件、第二桥接件、第三桥接件；所述传输光纤与扩束光纤构成扩束光纤组件，所述扩束光纤组件与毛细管一起构成光纤头；所述输入准直透镜、光纤头与圆管构成输入准直器；所述固定透镜安装在输入准直器的前端，通过第一桥接件与输入准直器连接；所述可调透镜安装在固定透镜的前端，所述可调透镜通过第二桥接件再与第一桥接件连接；所述输出调节准直透镜安装在可调透镜的前端，所述可调透镜通过第三桥接件再与第二桥接件连接。本实用新型输出光斑大小可调，不用对设备进行改造、使用成本低，实用性非常强。
【专利说明】
—类大功率可调光斑输出头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及激光打标、激光切割、激光焊接、表面处理等激光工业及军事激光等领域，是一类可用于高功率激光系统的关键光纤器件，尤其是一种一类大功率可调光斑输出头。
【背景技术】
[0002]随着高功率光纤激光器不断拓展的应用，对激光器的输出光斑的大小、形状要求也越来越多。在不断推陈出新的光纤激光应用中，精细打标、蚀刻、打孔、表面处理等应用要求光纤激光器的输出光斑能按加工要求灵活的变化。对于固定焦距的场镜来说，输入光斑越大，聚焦光斑越小，加工越精细、效率越高。目前的光斑变倍扩束方案，不仅体积笨重、调整麻烦，而且成本很高、功能单一、不便于集成，显然难以满足用户设备小型化、人性化、低成本、多功能、集成化的需求。
实用新型内容
[0003]本实用新型针对目前光纤激光器输出头的输出光斑大小固定、而可调方案繁琐、需要对设备结构进行改造、成本高昂等问题，设计了一类大功率可调光斑输出头。
[0004]实现上述目的本实用新型的技术方案为:一类大功率可调光斑输出头，其特征是，它包括:固定透镜1、可调透镜2、输出调节准直透镜3、输入准直透镜4、扩束光纤5、毛细管
6、传输光纤7、圆管8、第一桥接件9、第二桥接件10、第三桥接件11 ;所述传输光纤7与扩束光纤5构成扩束光纤组件，所述扩束光纤组件安装在毛细管6的内部，所述扩束光纤组件与毛细管6 —起构成光纤头；所述输入准直透镜4位于光纤头的前端，所述输入准直透镜4与光纤头同时安装在圆管8的内部,所述输入准直透镜4、光纤头与圆管8构成输入准直器；所述固定透镜I安装在输入准直器的前端，通过第一桥接件9与输入准直器连接；所述可调透镜2安装在固定透镜I的前端，所述可调透镜2通过第二桥接件10再与第一桥接件9连接；所述输出调节准直透镜3安装在可调透镜2的前端，所述可调透镜3通过第三桥接件11再与第二桥接件10连接。
[0005]进一步地，所述扩束光纤5采用对光透明的掺杂石英或熔石英或玻璃，所述扩束光纤5的端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜；所述准直透镜4采用熔石英或玻璃，所述准直透镜4的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，其准直的方式是球面透镜或非球面透镜或自聚焦透镜。
[0006]进一步地，所述固定透镜I采用熔石英或玻璃，所述固定透镜I是一个负焦距透镜，所述固定透镜I的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜。
[0007]进一步地，所述可调透镜2采用熔石英或玻璃，所述可调透镜2是一个负焦距透镜，所述可调透镜2的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜。
[0008]进一步地，所述固定透镜I或可调透镜2是正透镜。
[0009]进一步地，所述固定透镜I和可调透镜2是正透镜。
[0010]进一步地，所述固定透镜I和/或可调透镜2是非球面透镜。
[0011 ] 进一步地，所述可调透镜3的采用熔石英或玻璃，所述可调透镜3是一个正焦距透镜，所述可调透镜3的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜。
[0012]进一步地，所述可调透镜3是由正负透镜组合而成的透镜组。
[0013]进一步地，所述第一桥接件9、第二桥接件10、第三桥接件11都是采用耐磨钢或耐磨铸铁或不锈钢或铝合金或铜合金；其中，不锈钢或铝合金或铜合金的表面加耐磨涂层或经过热、激光表面处理。
[0014]本实用新型输出光斑大小可调，不用对设备进行改造、使用成本低，实用性非常强。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型实施例提供的一类大功率可调光斑输出头的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型进行具体描述，如图1所示，一类大功率可调光斑输出头，它包括:传输光纤7、扩束光纤5、输入准直透镜4、固定透镜1、可调透镜2、输出调节准直透镜3。其中:扩束光纤5是为了使传输光纤7端面能承受高功率密度，按需求提升激光损伤阈值；输入准直透镜4是为了使光斑稳定准直，从而使后续工作更加简单；固定透镜1、可调透镜2以及输出调节准直透镜3共同作用使输出光斑大小简单可调。
[0017]为使上述结构稳定可调、简单易用、环境可靠性高，各部分应配合严密并有防尘防潮措施，合适的材料选取和配合公差也能提高调节的稳定性、重复性和再现性；具体实施如下:传输光纤7与扩束光纤5构成扩束光纤组件，扩束光纤组件安装在毛细管6的内部，扩束光纤组件与毛细管6 —起构成光纤头；输入准直透镜4位于光纤头的前端，输入准直透镜4与光纤头同时安装在圆管8的内部,输入准直透镜4、光纤头与圆管8构成输入准直器；固定透镜I安装在输入准直器的前端，通过第一桥接件9与输入准直器连接；可调透镜2安装在固定透镜I的前端，可调透镜2通过第二桥接件10再与第一桥接件9连接；输出调节准直透镜3安装在可调透镜2的前端，可调透镜3通过第三桥接件11再与第二桥接件10连接。其中，传输光纤7可以是任何种类的光纤，也可以是保偏光纤，可以具有任意纤芯大小和包层直径大小。
[0018]进一步地，扩束光纤5采用对光透明的掺杂石英、熔石英或玻璃，扩束光纤5的端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，以保证可靠性。扩束光纤5是材质均一、折射率及软化点与传输光纤7的纤芯或包层相近或相同，直径与传输光纤7的直径接近或相同的透明纤维；需要注意的是，扩束光纤5的特性参数应与传输光纤7接近或相同，以避免由于特性差异过大而造成的熔接点性能及可靠性低下；准直透镜4采用熔石英或其他玻璃，准直透镜4的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，以保证可靠性，其准直的方式是球面透镜或自聚焦透镜。准直透镜4还可以是掺杂而对工作波长透明的材料；准直的方式还可以是非球面透镜，可以根据传输光纤特性及使用要求而设计；其主要功能是将从传输光纤7发出的发散光准直成需要的准直或近准直光斑。
[0019]进一步地，固定透镜I采用熔石英或其他玻璃，固定透镜I是一个负焦距透镜，能将输入准直器发出的光斑转换成发散光斑，固定透镜I的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，以保证可靠性。固定透镜I还可以采用对工作波长透明的光学材料。
[0020]进一步地，可调透镜2采用熔石英或其他玻璃，可调透镜2是一个负焦距透镜，能将固定透镜I发出的发散光斑进一步发散，可调透镜2的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，以保证可靠性。可调透镜2还可以采用对工作波长透明的光学材料。
[0021]进一步地，可调透镜3的采用熔石英或其他玻璃，可调透镜3是一个正焦距透镜，能将可调透镜2发出的发散光斑准直，可调透镜3的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，以保证可靠性。可调透镜3还可以采用对工作波长透明的光学材料。
[0022]进一步地，所述固定透镜I或可调透镜2是正透镜。
[0023]进一步地，所述固定透镜I和可调透镜2是正透镜。
[0024]进一步地，所述固定透镜I和/或可调透镜2是非球面透镜。
[0025]进一步地，基于对光斑特性的不同需求，可调透镜3也可以是透镜组，如由特别设计的正负透镜组合而成，具有消像差的作用。
[0026]进一步地,第一桥接件9、第二桥接件10、第三桥接件11都是耐磨性较高的金属，如:耐磨钢或耐磨铸铁或不锈钢或铝合金或铜合金等；其中，不锈钢或铝合金或铜合金的表面加耐磨涂层或经过热、激光表面处理。以保证调节的可靠性、重复性和再现性；桥接件之间需要良好配合及可沿光路方向相对移动。
[0027]在具体制作过程中，先将传输光纤7用剥皮工具剥除一定长度的涂敷层，然后清洗干净，再用光纤切割设备在一定长度处切割光纤使之形成平整光洁的端面，根据实际应用可以考虑角度切割；然后放入光纤熔接机待用，如果传输光纤7包层直径较大，则选用匹配的光纤熔接机；扩束光纤5可用与传输光纤7相类似的方法来处理，将平整切割后的扩束光纤5放入光纤熔接机与传输光纤7熔接；因传输光纤7与扩束光纤5具有相类似的物理性能，所以它们能在相对简单的熔接条件下完成形变尽可能小的可靠熔接。将传输光纤7与扩束光纤5清洗后，并将它们穿入毛细管6的内部，根据需要控制传入的深度；再点入合适的胶粘剂将光纤组件和毛细管6固定住，然后精密研磨抛光、清洗、镀高质量减反射膜。
[0028]将严格清洁好的准直透镜4装入圆管8的内部，用胶粘剂固定；再将光纤头组件装入圆管8中，在精密调节架上调节光纤头组件与准直透镜4之间的距离以得到期望的光斑尺寸及发散角；再用胶粘剂固定光纤头组件与圆管8。为了方便装配，通常毛细管6的外径与准直透镜4的外径相近或相同，且二者外径尺寸要与圆管8的内径相匹配；传输光纤7、扩束光纤5、毛细管6、准直透镜4以及圆管8构成准直器组件。
[0029]将固定透镜I安装在第一桥接件9的内部，并将其组成的组件与前述准直器组件通过焊接、机械紧固或胶粘剂固定；将可调透镜2安装在第二桥接件10的内部，并将其组成的组件与第一桥接件9活动连接；为方便调整，第二桥接件10的外壁上应设有刻度，以指示调节位置，活动连接方式采用螺牙副配合或间隙配合，第一桥接件9与第二桥接件10之间需能沿轴向调整相对距离，以保证固定透镜I和可调透镜2之间的距离可根据需求变化。另外，需要在调节到期望位置后，通过可逆方式紧固第一桥接件9与第二桥接件10，以保证状态稳定。
[0030]将可调透镜3安装在第三桥接件11的内部，并将其组成的组件与第二桥接件10活动连接；为了调整方便，第三桥接件11的外壁应设有刻度，以指示调节位置；活动连接方式为螺牙副配合或间隙配合，第二桥接件10与第三桥接件11之间需能沿轴向调整相对距离，以保证可调透镜3和可调透镜2之间的距离可根据需求变化。另外，需要在调节到期望位置后，通过可逆方式紧固第二桥接件10与第三桥接件11，以保证状态稳定。
[0031]本实用新型通过熔接一段扩束光纤并使损伤阈值、可靠性、性能、可量产性大大提高，多透镜组合的方式，通过调整透镜间距离并用刻度指示，达成简便易行、价格低廉、稳定可靠的光斑调整目标，为多样化、定制化、精细化、高性价比的激光加工、科学研究等提供优化选择；本实用新型所揭示的结构是生产研制高功率光纤激光器应用的优良解决方案，能十分广泛的应用于很多种不同功率级别的激光加工和科研、国防用途；其优点有:1、解决了目前激光输出头光斑无法调节大小的问题；2、解决了可调倍数扩束镜与传输光纤集成困难的问题；3、解决了可调倍数扩束镜体积大、价格高、与系统通信难度大的问题；4、解决了可调倍束扩束镜难于量产的问题；5、操作简便、成本低廉；6、能承受高功率、可靠性高；7、抗环境性能高、免维护，解决了用户的后顾之忧；8、后续升级方便。
[0032]上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本【技术领域】的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围内。
【权利要求】
1.一类大功率可调光斑输出头，其特征是，它包括:固定透镜(I)、可调透镜(2)、输出调节准直透镜(3)、输入准直透镜(4)、扩束光纤(5)、毛细管￠)、传输光纤(7)、圆管(8)、第一桥接件(9)、第二桥接件(10)、第三桥接件(11);所述传输光纤(7)与扩束光纤(5)构成扩束光纤组件，所述扩束光纤组件安装在毛细管￠)的内部，所述扩束光纤组件与毛细管(6) —起构成光纤头；所述输入准直透镜(4)位于光纤头的前端，所述输入准直透镜(4)与光纤头同时安装在圆管(8)的内部，所述输入准直透镜(4)、光纤头与圆管(8)构成输入准直器；所述固定透镜(I)安装在输入准直器的前端，通过第一桥接件(9)与输入准直器连接；所述可调透镜(2)安装在固定透镜(I)的前端，所述可调透镜(2)通过第二桥接件(10)再与第一桥接件(9)连接；所述输出调节准直透镜(3)安装在可调透镜(2)的前端，所述可调透镜(3)通过第三桥接件(11)再与第二桥接件(10)连接。
2.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述扩束光纤(5)采用对光透明的掺杂石英或熔石英或玻璃，所述扩束光纤(5)的端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜；所述准直透镜(4)采用熔石英或玻璃，所述准直透镜(4)的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜，其准直的方式是球面透镜或非球面透镜或自聚焦透镜。
3.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述固定透镜(I)采用熔石英或玻璃，所述固定透镜(I)是一个负焦距透镜，所述固定透镜(I)的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜。
4.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述可调透镜(2)采用熔石英或玻璃，所述可调透镜(2)是一个负焦距透镜，所述可调透镜(2)的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜。
5.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述固定透镜(I)或可调透镜(2)是正透镜。
6.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述固定透镜(I)和可调透镜(2)是正透镜。
7.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述固定透镜(I)和/或可调透镜(2)是非球面透镜。
8.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述可调透镜(3)的采用熔石英或玻璃，所述可调透镜(3)是一个正焦距透镜，所述可调透镜(3)的两个端面通过精密研磨抛光并镀高质量增透膜。
9.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述可调透镜(3)是由正负透镜组合而成的透镜组。
10.如权利要求1所述的一类大功率可调光斑输出头，其特征是，所述第一桥接件(9)、第二桥接件(10)、第三桥接件(11)都是采用耐磨钢或耐磨铸铁或不锈钢或铝合金或铜合金；其中，不锈钢或铝合金或铜合金的表面加耐磨涂层或经过热、激光表面处理。
【文档编号】G02B27/09GK204086693SQ201420536574
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】龙跃金, 王伶俐 申请人:光越科技(深圳)有限公司